基于核心素养的物理概念教学策略

摘 要：掌握概念要经历实验探究、科学思维加工、实际应用解决问题等.每个环节都关乎核心素养的内涵.核心素养下的概念教学，要求遵循概念的认知规律，凸显建构过程，建立理论与实践的联系，培养学生解决问题的能力，提高学生学科核心素养.

关键词：物理概念建构;物理概念应用;核心素养

文章编号：1008-4134（2020）12-0035中图分类号：G633.7文献标识码：B

1 “物理概念”概念界定

物理概念是物理现象及过程本质属性的反映，是物理事实本质在人脑中的反映.初中物理概念大体上可以分为三类：（1）关于物质基本属性的概念.如质量、密度、电阻等;（2）关于物体间相互作用及变化规律的概念.如速度、电压、功率等;（3）概念的名称本身就是对物理现象的描述.如匀速直线运动、熔化、电磁感应等[1].

2 物理概念教学的逻辑框架

《义务教育物理课程标准》（2011年版）指出：“中学物理学科内容主要是指物理概念和物理规律.”而物理规律表现为物理概念之间的联系，规律的建立依赖于相关物理概念.因此，概念教学显得尤为重要.物理概念既是物理知识框架的基础，也是物理学习的基础.学习概念，要遵循其产生、表述、理解以及应用的逻辑演绎过程，如图1所示.教师要创设情境，采取多样化教学方式，演绎概念的来龙去脉，使学生头脑中形成清晰图景，让学生知其然，更知其所以然，掌握习得概念的方法.

形成概念后，首先要适时把概念纳入已有体系，与其它概念建立联系，扩展知识网络，使学生的认知领域得到进一步拓展.如图2所示虚线框内容是学习“怎样描述力”后新加入原有知识体系的.其次要将新概念与已有概念从不同角度进行横向、纵向比较而加深理解.然后要明确概念的适用条件、内涵及外延.最后通过一定量训练达到熟练应用的目的.当然，概念教学不能追求一步到位，宜在不同阶段循序深化其内涵.例如“速度”，从定性到定量以及从标量到矢量，从平均速度到瞬时速度，从定义式到决定式的理解，不是靠一节课就可以完成的.

3 物理概念教学的核心素养目标

物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任构成物理学科核心素养的四个要素.物理概念教学渗透着核心素养的各个要素.概念学习要经历从现象到本质、从形象到抽象、从感性到理性、从定性到定量、从理论到实践的认知发展过程，才能完成对概念的提炼与升华，形成关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，即形成物理观念.实现这些认识的飞跃，要有批判的思维与实事求是的精神，需要观察、实验、分析、归纳以及推理等科学手段与思维的共同参与.可见，要形成物理观念，离不开核心素养其它三个要素的参与;而一旦形成物理观念，将指引学生的思维意识，对物理学习具有引领作用.从这个意义来讲，物理概念教学的最终目标就是要促进物理观念的形成.学生具有物理观念，意味着解决问题的技能熟练化、自动化.当遇到实际问题时，不是靠死记硬背公式去应付，而是能够自觉地提取相关概念与方法，自动形成思路与解决问题的步骤.因此，具有物理观念，可以从源头上解决物理难学的问题，走出刷题无法提高成绩的窘境.

4 基于核心素养的概念教学策略

4.1 凸显概念建构过程，培养核心素养

核心素养不是靠教师讲授就能轻易获得的.而是要把学生置于概念的建构过程之中，学生亲身体验、深度思考、解决矛盾冲突，能从物理学视角解释概念的本质，完成对概念的提炼与升华.建构过程，包括概念形成过程及其在探究历程中发现问题、解决问题的过程等.思维加工和实验探究是常见的概念建构途径.建构概念要创设熟悉、有效、形象的情境，引导学生分析、推理，因势利导，使概念的获得水到渠成，不硬塞给学生.要运用不同形式表征概念，从不同角度进行分析，发散学生的思维，最终内化对概念的理解，提高学生的核心素养.建构完成后，教师要显化、总结概念建构过程中运用的科学手段和思维方法，培养学生有运用科学方法学习的意识.参与概念建构，不仅可以让学生真正学好概念，还会领略、感悟到科学探究的艰辛和曲折.初中物理概念的建构包含核心素养各方面的要求.根据概念类型，教学中可以侧重培养素养中的某一方面.

4.1.1思维加工建构概念

初中生的认知大多处于具体运算阶段.这决定了初中生学习概念要以感性材料为载体，经过科学方法与思维的加工，才能实现感性认识到理性认识的飞跃.如图3[2]为“速度”建构过程：（1）百米赛跑，比较快慢——启发思维;（2）时间与路程均不同，如何比较——思维冲突，开放思维;（3）定量比较两种方法优劣——思维加工;（4）形成定义，用公式及图像等不同方式表征——观念形成.建构过程，教师通过设置熟悉的情境，提出越来越复杂的问题，引发学生越来越深入的思考，从而使学生思維越来越深刻，也越来越逼近概念的本质.此过程也遵循了由熟悉到陌生、由简单到复杂、由浅入深、由具体到抽象、由特殊到一般、由基础到高级的思维发展过程，凸显学生认知思维的过程，学生提高自己探究的能力，丰富自身的智慧，让素养落地，让能力升级[3].

4.1.2 实验探究建构概念

初中物理概念有的比较抽象，甚至与学生的生活经验相“违背”，这在一定程度上造成学习的困难.而实验因为现象可视、条件可变等，易于化抽象为具体，易于理解与探究.又因实验有趣、可体验等容易激发学习兴趣，调动学习热情，利于学生形成克服困难的动力.实验设计过程要设置递进的问题链，借问题启发思维，产生新的认知冲突，引导学生不断改进方案，使方案更完善，进而培养学生的实验设计能力.

比如，“相互作用力大小相等”没有生活经验的支持，比较抽象.学生认为鸡蛋碰石头，这对相互作用力大小就不相等.对此，设计实验，形象抽象的概念.设置问题链：（1）力有哪些作用效果？（2）根据什么现象可以比较力的大小？（3）要产生一对相互作用力，需要几个物体？学生讨论并进行第一个实验，如图4所示.实验发现，笔和手的形变并不相同，是不是相互作用力大小不相等？再设置问题链：（1）T如果相互作用力大小相等，要看到什么现象？（2）要使形变相同，对相互作用的两个物体有什么要求？进行如图5的实验.（3）完全相同的物体找不到，怎么证明这对力大小相等？有的同学模仿推导“真空不能传声”的方法进行推论.最后借助传感器，直观显示这对力大小相等（如图6所示）.

当然，实验前要明确实验目的;实验方案的设计要交给学生，让学生从正面、侧面、反面全方位积极思维，展示风格迥异的方案;实验过程要规范操作，指导观察方法;实验现象要清晰，可视度范围要大;实验后要进行横向、纵向、正反比较，要引导学生进行误差分析，能透过现象看到本质.整个实验过程要求教育必须有实事求是的精神，同时也要培养学生的合作探究意识.可见，用好实验，不仅使概念的形成顺理成章，内化对概念的理解，还可以有效提高学生实验能力、综合分析能力.

4.2 应用概念，提高解决问题能力

衡量学生的核心素养水平，就要看他解决问题的熟练程度.就好比司机如果能熟练且完美处理开车过程中遇到的各种突发状况，就说明他具有过硬的综合素质.应对和解决现实生活中的各种挑战性的复杂真实任务是促进物理观念内化和升华的重要渠道.教学中，教师要有目的地布置不同类型的任务，引导学生合作探索、实践体验、解决问题，实现从能力到人格的全面发展.

如图7所示，承启楼外墙的质量大约多少？引导学生合作实践：（1）把外墙的体积近似看成图8实心部分体积;（2）实地测量内外圆周长（或直径等）及外墙高度，求出体积V;（3）取外墙一小撮土块，在实验室测出土块的密度ρ;（4）利用质量公式求出外墙质量m;（5）归纳运用的科学方法、解决问题的思路、产生误差的原因;（6）对测量结果进行修正，得到结果.

此实际问题的背景是福建永定土楼.其风格独特、规模宏大、结实耐用、冬暖夏凉，让学生感受到古代劳动人民的勤劳与智慧.在解决问题过程中，测量了体积、密度、质量等物理量;运用了建模法、取样法、实验法以及数学方法等;实验中，熟练使用了天平、量筒等测量工具，巩固了测量密度的方法等;实践测量时，体现相互合作与交流;评估结果时，要从各个环节去分析误差产生原因及减小误差方法.这样的实践活动，体现了理论与实践的联系，综合应用了多个概念，锻炼了动手操作能力，培养了综合实践能力.

贾德的概括化理论认为，概括是产生迁移的关键.而迁移是学习物理知识的重要方法，它能培养学生创造性思维，有助于物理认知结构的形成.针对性的迁移量越大，越有利于产生正迁移.因此，解决问题之后，还要概括解决的方法与思路，再布置新任务.如上，验证相互作用力大小相等之后，概括：（1）根据“力可以使物体发生形变”，形变程度反映力的大小;（2）大小相等的力，作用在不同物体上，形变不相同;（3）大小相等的力，要作用在完全相同的物体上，形变才相同;（4）现实生活中“完全相同的物体”找不到，且形变是否相同不能根据肉眼判断;（5）寻找定量研究，借助传感器.然后提出新问题：依据“力可以改变物体的运动状态”，设计实验，验证相互作用力大小相等.

为培养综合分析能力，情境的选择最好是结构不良问题.结构不良问题的核心要素包括：初始状态、目标状态及算子.初始状态是指所需解决问题的信息;目标状态是指问题所要得到的结论;算子是指问题解决中使用的方法和途径.初始状态、目标状态及算子至少其中之一不明确，即称为结构不良问题.

例如洗澡时，小华把浴霸的插头插进三孔插座，当闭合浴霸的开关时，所有正在工作的用电器都突然停止工作.拔出浴霸的插头，所有用电器依然不工作.请判断电路的故障.解决此问题要综合运用短路、开路、家庭电路连接、测电笔使用等基本概念;且此问题的结论、解决的方法都不确定，发散了思维，更是增加了解决的难度.学生要在实践中摸索，在摸索中思考，在思考中寻找问题解决方案，在解决问题过程中把握问题的本质，形成综合解决问题的关键能力.

4.3 改变认知方式

落实核心素养最重要、最关键的环节就是要转变学生的认知方式.认知方式，是指学生对信息和经验进行组织加工时，即在感知、记忆和思维过程中采取的态度和风格.核心素养理念下要求学生学会迁移运用，能在新情境中解决实际问题.这就要求变接受学习为自主学習.

自主学习是一种元认知监控学习.元认知监控学习具有“我会学”的特征.学生知道为什么学、学什么、如何学.学习活动中，学生自主确定目标、制订计划、设计方案、主动探索以及自主评价等.这就要求教师课堂上要慢下来，留给学生足够的空间与时间，让学生充分展示、交流、思考、探究，保护和开发学生的创新思维，真正落实提高学生核心素养教育.

参考文献：

[1]闻晓芳.优化物理概念建构策略 引领核心素养落地生根[J].物理教学探讨，2019，37（11）：22-24.

[2]陈坤.基于核心素养的初中物理概念教学策略[J].文理导航（中旬），2019（07）：32-33.

[3]孙娟.触动思维的琴弦 发展学生的能力——以“速度”概念教学为例[J].中学物理，2019，37（04）：44-46.

[4]郭培东.基于核心素养培养的初中物理概念教学的思考[J].中学物理，2019，37（02）：2-4.

[5]任虎虎.结构不良问题解决：高中物理深度学习的有效途径[J].物理通报，2018（12）：20-23.

（收稿日期：2020-03-13）